25天接受的0实验“网络药理学”长啥样?四川大学华西医院:网药+机器学习+分子对接,用它快准狠!

文摘   2024-10-29 10:00   山东  

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发表时间:2024年3月

关键词:六味木香丸;生物信息学;结直肠癌;网络药理学;传统藏药

一句话总结这篇文章:这篇文章通过网络药理学和生物信息学分析,揭示了藏药六味木香丸通过调节多个关键靶点和信号通路,对结直肠癌具有潜在的治疗作用。

研究背景

结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)是全球范围内发病率和死亡率均较高的恶性肿瘤之一,尽管手术切除、化疗、放疗和靶向治疗等方法已被应用于临床治疗,但这些治疗手段存在生存改善有限、药物抗性、副作用严重和经济负担重等局限性。因此,寻找新的、有效且毒性小的CRC治疗药物具有重要意义。

传统藏药作为中医药的重要组成部分,已被证实在预防癌症和减少抗癌治疗的不良反应方面具有一定的疗效。六味木香丸(Liuwei Muxiang,LWMX)是一种具有“活血化瘀、清胃火、祛瘀血”的藏药药物,意味着它具有抗炎和抗癌的潜力,尤其在消化道疾病治疗中效果显著。然而,六味木香丸在结直肠癌中的作用机制尚未被充分阐明。

研究方法

l数据检索与活性成分分析:利用TCMSP和SwissTargetPrediction数据库检索六味木香丸的活性成分及其对应的靶点;

l疾病相关靶点的确定:通过生物信息学分析公共结直肠癌数据集(GSE44076),确定与CRC相关的的差异表达基因(DEGs);

l潜在靶点预测与网络构建:将药物特定靶点与疾病相关靶点取交集,预测六味木香丸在CRC治疗中的潜在靶点,并构建PPI网络和药物-疾病网络;

l功能富集分析:对潜在靶点进行GO和KEGG通路富集分析,探索其在CRC治疗中的生物学功能和主要信号通路;

l枢纽基因的确定:使用机器学习(SVM-RFE、LASSO和RF)从潜在靶点中识别枢纽基因;

l免疫浸润分析:利用CIBERSORT算法评估枢纽基因与CRC患者免疫微环境变化之间的潜在联系;

l分子对接:通过分子对接验证六味木香丸的活性成分与枢纽靶点之间的结合潜力,使用AutoDock Vina软件进行分子对接模拟。

主要结果

1.药物靶点和疾病靶点的获取

通过公共数据库,获得了LWMX丸的81个活性成分614个靶基因。通过对GSE44076数据集进行差异表达分析,发现了1877个差异表达基因(DEGs基于GSE44076数据集,进行加权基因相关网络分析(WGCNA),选择最佳软阈值是8,获得了9534个CRC的潜在靶基因。

2.LWMX丸在结直肠癌中的潜在靶点预测以及PPI和药物-疾病网络的构建

DEGs、WGCNA中的关键模块基因和LWMX丸中活性成分的基因交集得到108个基因,作为LWMX丸治疗CRC的潜在靶点。将交集靶基因导入STRING数据库构建PPI网络图,并通过Cytoscape可视化。此外,构建了一个包括60种活性成分、108个交叉靶基因、6个TTM成分和1个CRC疾病节点LWMX丸-CRC网络。

3.成分-靶标-通路网络的功能富集分析和构建

KEGG通路和GO富集分析显示,LWMX丸的多靶点CRC治疗涉及多个生物学过程,如炎症反应和细胞周期调节

4.利用机器学习确定目标Hub基因

使用3种机器学习算法筛选108个交叉的目标基因,SVM-RFE识别出10个核心靶基因,LASSO识别出15个基因,RF获得了17个基因,取交集后,5个基因(TUBB3、JUN、EPHA2、FOS和CDKN1C)被确定为LWMX丸治疗CRC的靶中心基因。随后,对这五个目标中心基因的不同样本进行相关性和表达分析,结果表明,它们彼此密切相关,且其在CRC组织中的表达水平显着高于非CRC组织。

5.免疫浸润分析

通过CIBERSORT对GSE44076数据集中的每个样本进行免疫浸润分析,结果提示LWMX丸可通过调节靶hub基因的表达来影响结直肠癌免疫浸润微环境。

6.分子对接

从PDB数据库制备5个靶枢纽基因的相应结构文件作为蛋白质受体,选择度值最高的4种活性成分作为药物配体进行分子对接,结果表明,所有4种活性成分都对靶枢纽基因具有显着的结合潜力。

文章小结

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